揭示了大脑惊人的基因组多样性
我们的大脑包含了惊人的DNA多样性。尽管我们被告知，我们身体的每个细胞都有相同的DNA，但实际上，大脑中的大多数细胞的DNA都发生了变化，这使得每个神经元都略有不同。
现在，索尔克研究所的研究人员和他们的合作者已经证明，这种变异的一种来源——长穿插核元素(long interspersed nuclear element，简称l1)存在于44%到63%的健康神经元中，不仅可以插入DNA，还可以移除DNA。以前，人们知道这些l1是被称为“跳跃”的DNA小片段基因它们在整个基因组中复制粘贴自己，但研究人员发现它们也会导致整个基因的大量缺失。更重要的是，这些变异会影响对大脑发育至关重要的基因的表达。
该研究结果于2016年9月12日发表在该杂志上自然神经科学这可能有助于解释是什么让我们每个人都与众不同——例如，为什么即使是同卵双胞胎也会如此不同——以及跳跃基因是如何出错并导致疾病的。
“2013年，我们发现同一个大脑中的不同神经元有不同的DNA互补体，这表明即使在同一个人身上，它们的功能也略有不同，”该研究的高级研究员Rusty Gage说，他是索尔克遗传学实验室的教授，也是与年龄相关的神经退行性疾病研究Vi和John Adler主席的持有者。“这项最近的研究揭示了一种新的、令人惊讶的变异形式，它将帮助我们了解l1的作用，不仅在健康的大脑中，而且在精神分裂症和自闭症患者中。”
2005年，盖奇的团队发现l15是大脑中基因组多样性的一种机制。然而，直到有可能对单个细胞的整个基因组进行测序，科学家们才能够掌握这些变异的数量和性质。使用单细胞测序详细在2013年科学在这篇论文中，盖奇的小组展示了大量的DNA被插入或删除到细胞的基因组中。
但即使在那项研究中，导致插入和缺失的机制也不清楚，这使得很难破译基因组的特定区域是否更有可能被改变，以及是否被改变跳跃基因都与删除有关。
在这项新研究中，Gage、共同第一作者Jennifer Erwin和Apuã Paquola及其合作者开发了一种方法，可以更好地捕获健康神经元中l1相关的变异进行测序，并创建了一种计算算法，以比以前更准确地区分这些变异。
通过在培养皿中诱导分化成神经元的干细胞，研究小组发现l1细胞容易发生DNA断裂。这是因为在分化过程中，有一种特殊的酶在基因组L1位点上进行咀嚼，这种酶特别活跃。研究小组发现，人们从父母那里继承了一些l15，这种酶似乎在这些位点附近切断。
“令人惊讶的是，我们认为l15所能做的就是插入新的位置。但它们造成基因缺失的事实意味着它们以一种更重要的方式影响着基因组，”欧文说，他是盖奇小组的一名科学家。
盖奇认为基因多样性对大脑是有好处的——毕竟，大约一半的脑细胞都有大量的DNA缺失或插入，而这些DNA缺失或插入仅仅是由L1s引起的——但是过多会导致疾病。
最近的证据表明，来自精神分裂症或罕见的自闭症相关疾病Rett综合征患者的神经元在其基因组中含有比正常数量更多的L1变异。在这项新研究中，研究小组检查了一种名为DLG2的精神分裂症相关基因，在其中引入L1变异可以改变基因的表达和随后的神经元成熟。该小组计划探索L1变异在其他基因中的作用及其对大脑活动和疾病的影响。
